面向复杂航空产品装配的公差优化技术研究

合理的公差分配对提高飞机装配成功率和装配质量、降低制造成本意义重大，由于飞机装配准确度受工装移形误差、夹具定位误差以及零件制造误差综合影响，公差设计难度较大，尚缺乏公差优化设计的有效手段。本项目拟将飞机装配中难度最大的多交点装配抽象为空间连杆机构，借鉴空间连杆机构的位移分析方法来分析多交点装配协调误差；综合考虑多种因素（零件可加工性、设备条件、技术条件等）的公差成本特点，研究制造可变性的"成本－公差"建模技术；考虑飞机装配工艺协调环节，建立以最小成本为目标的装配公差优化模型和基于可行性与敏感性分析、以装配质量为约束的公差稳健设计模型，以支持复杂航空产品装配的公差优化设计。本项目研究成果将为开发具有自主知识版权的飞机装配公差辅助设计软件提供重要的理论和技术支撑。

飞机零部件众多，装配工艺复杂，互换协调准确度要求高，公差设计的难度极大。本项目提出了复杂尺寸协调模式下飞机制造公差优化设计的一系列新思路和方法，对于提高飞机制造质量、降低成本具有重要意义。. 将装配协调难度最大的飞机多交点装配抽象为空间连杆机构，利用其位移方程来分析多交点装配协调误差，建立了多交点对接装配中有关交点同轴度和交点共面度误差的模型，推导了常见三交点同轴度、四交点共面度协调误差计算公式，为多交点装配的公差设计提供了理论依据。从面向制造的设计思想，提出了直觉模糊制造知识驱动的公差稳健设计方法。从工艺装备价值、零件可加工性等五方面建立直觉模糊制造知识集，建立了制造成本因子的多级直觉模糊综合评判法方法，建立了制造知识驱动的成本-公差模型，基于模糊质量损失理论建立了公差的模糊稳健优化模型。该方法将成本-公差建模与公差优化设计相结合，全面考虑了各类制造知识对公差设计的影响，适用性好。针对飞机多交点装配协调关系复杂、设计变量多等特点，建立了飞机多交点装配协调离散公差优化模型，提出了基于协调关系约束的离散公差的分枝估界算法，提高了公差优化模型的求解效率。针对飞机制造中由于工序能力指数和公差存在变差，可能导致无法满足飞机装配质量要求以及制造成本波动较大的问题，运用稳健设计方法建立了飞机装配公差的可行稳健性和敏感稳健性两类设计模型，并提出了公差可行敏感稳健设计的多目标优化问题的宽容分层序列求解算法，提高了公差设计的可靠性。. 从飞机制造工艺规划的实际需求出发，根据上述研究成果开发了具有自主版权的计算机辅助飞机制造公差设计软件，并取得了良好的应用效果。本项目研究丰富和完善了公差设计的理论体系，促进了计算机辅助公差设计技术在我国飞机制造业的深入应用，为飞机制造公差的优化设计提供了技术支撑。